專利名稱：改進(jìn)的金屬粘結(jié)料和金屬粘結(jié)磨料制品的制作方法
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種金屬粘結(jié)料，它在用于高溫下制造金屬粘結(jié)制品時(shí)仍能保持其中使用的填料的硬度等機(jī)械性質(zhì)。本發(fā)明還涉及一種用該種金屬粘結(jié)料制成的磨具。
發(fā)明背景金屬粘結(jié)的金剛石磨輪用于玻璃的磨邊。這些磨輪通常含有涂敷在金屬芯子上的金屬粘結(jié)的金剛石磨料。為制造磨輪，金屬粘結(jié)的金剛石磨料是通過熱壓法粘結(jié)在金屬芯子上。
用于金剛石磨料制品的金屬粘結(jié)料一般是幾種金屬和一種鋼質(zhì)填料的組合。金屬粘結(jié)料的組成的選擇應(yīng)使磨削效率和磨輪壽命均達(dá)到最優(yōu)化。為增加磨輪壽命，該粘結(jié)料宜含有硬度高的填料和經(jīng)處理后幾乎沒有孔隙的粘結(jié)金屬。磨削效率是衡量一給定長度的玻璃邊緣上進(jìn)行磨削加工的速率的尺度，為提高磨削效率，粘結(jié)相中宜含有一定的硬物相，例如銅-鈦相，它可使粘結(jié)相經(jīng)久耐用，但又會定期碎裂，從而改善粘結(jié)相露出磨鈍的或磨損的磨料顆粒的能力，提高研磨速率即磨削效率。
通常用于磨輪的鋼質(zhì)填料是合金鋼。含這些填料的磨輪不能同時(shí)具有最佳的磨削效率和磨輪壽命。這是由于這些合金鋼原來的300～700kg/mm2硬度，當(dāng)使用該填料的金屬粘結(jié)的金剛石磨料在要求從制成品中消除孔隙所需的較高溫度下熱壓時(shí)會下降。若金屬粘結(jié)的金剛石磨料在較低溫度下熱壓以保持鋼質(zhì)填料的硬度，則制成品中的孔隙無法消除。在較低溫度下這些孔隙只能使用更高的熱壓壓力來加以消除，但更高的熱壓壓力會導(dǎo)致石墨熱壓模具壽命的縮短和較高的工藝成本。
在較低溫度下制造金屬粘結(jié)的金剛石磨料制品的另一缺點(diǎn)，是粘結(jié)相中不存在某種脆的物相，如可使粘結(jié)相定期斷裂，從而改善其露出磨鈍的磨料顆粒的能力的銅-鈦相。這種脆物相易在較高溫度下形成，而在較低溫度下不會出現(xiàn)或僅以較低濃度出現(xiàn)，這就降低了磨削效率。
因此，本發(fā)明的目的在于研制一種可摻入磨輪中使磨輪的壽命和磨削效率均有提高的金屬粘結(jié)料。
發(fā)明概述本發(fā)明是一種含有填料的金屬粘結(jié)料，經(jīng)過700℃以上的溫度下粘結(jié)料燒結(jié)至少約10分鐘后，填料的維克斯硬度仍保持在300kg/mm2以上。在本發(fā)明中還有一種磨具，其中有金屬芯子和由金剛石和上述金屬粘結(jié)料組成的粘結(jié)在金屬芯子上的磨料組合物。
發(fā)明的詳細(xì)描述本發(fā)明是一種含有填料的金屬粘結(jié)料。它還可含有銅、鈦、銀和碳化鎢。在粘結(jié)料燒結(jié)前該填料的維克斯硬度宜為約300～800kg/mm2，較佳地為約300～700kg/mm2，最好為約300～600kg/mm2。在這種金屬粘結(jié)料中的填料的作用是獨(dú)特的，因?yàn)榻?jīng)過700℃以上的溫度焙燒至少約10分鐘后，較好的是金屬粘結(jié)料中填料的維克斯硬度保持在300kg/mm2以上，更好的是經(jīng)過750℃以上的溫度焙燒至少約10分鐘后，保持在300kg/mm2以上，最好的是經(jīng)過800℃以上的溫度焙燒至少約10分鐘后，保持在300kg/mm2以上。
填料可以是陶瓷、金屬或它們的組合，以用鋼為宜。鋼質(zhì)填料宜在高溫和還原性氣氛中先進(jìn)行還原。鋼質(zhì)填料中更好的是用組成為約5.1重量％Co、4.1重量％Cr、4.9重量％V、12.2重量％W、0.34重量％Mn、0.24重量％Si、1.43重量％C、0.02重量％S、其余為Fe的T15鋼。
填料的用量宜占金屬粘結(jié)料總體積的約10～70％，更好地為約20～60％，最好為約30～55％。填料顆粒的平均粒徑宜約1～400微米，更好約10～180微米，最好約20～120微米。
粘結(jié)料中還可含有銅和銀。除填料之外，粘結(jié)料中較佳的是含有占總的粘結(jié)組合物體積的約20～52體積％銀和約1～14體積％銅；更佳的是含有約20～45體積％銀和約5～12.5體積％銅；最佳的是含有約21～41體積％銀和約8～11.5體積％銅?？偟恼辰Y(jié)組合物由填料、金屬和其他添加劑組成。粘結(jié)料中宜還含有鈦和碳化鎢。它們的較佳含量為約5～50體積％的鈦和約0.5～25體積％的碳化鎢；最佳含量為約5～30體積％的鈦和約5～20體積％的碳化鎢。較佳的是，經(jīng)燒結(jié)后的粘結(jié)相中含約2～60體積％的銅鈦相，更佳的是，含約2～50體積％的銅鈦相，最佳的是，含約5～35體積％的銅鈦相。
粘結(jié)料被用于形成磨具。磨具包括一個金屬芯子和粘結(jié)在金屬芯子上的磨料組合物，磨料組合物即由磨料和上述金屬粘結(jié)料組成。所用金屬芯子的形狀取決于磨具所要發(fā)揮的功能。例如，在一較佳實(shí)施方式中，磨具是用于研磨玻璃的磨輪。其金屬芯子2呈環(huán)形，金屬芯子的外圍3上就固定著磨料組合物4。金屬芯子的成形可采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟悉的方法，如鍛造法、切削加工法和鑄造法等。
磨料組合物4是磨料和上述金屬粘結(jié)料的混合物。磨料占整個磨料組合物的比例，較佳的是約5～50體積％；更好的是約5～35體積％；最好的是約5～20體積％?？梢允褂玫哪チ习ɡ缃饎偸?、立方碳化硼、溶膠凝膠法氧化鋁、熔凝氧化鋁、碳化硅、燧石、石榴石和空心氧化鋁。磨具可以含這些磨料中的一種或幾種。較佳的磨料是金剛石。磨料所用的粒度視磨具的功能即用途而定，有時(shí)磨具需用一種以上粒度的磨料。上述粘結(jié)料占整個磨料組合物的比例，較佳的是約50～95體積％；更佳的是約65～95體積％；最佳的是約80～95體積％。
可使用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟悉的現(xiàn)有技術(shù)將磨料組合物進(jìn)行混合。然后通過本領(lǐng)域技術(shù)人員熟悉的方法，將經(jīng)過混合的磨料組合物粘結(jié)在金屬芯子上。其較佳方法是將磨料組合物與金屬芯子一起熱壓，使磨料組合物在壓力條件下燒結(jié)到金屬芯子上，在此過程中金屬芯子和磨料組合物間既產(chǎn)生化學(xué)結(jié)合，又產(chǎn)生機(jī)械結(jié)合。磨輪的熱壓溫度較佳的是約700℃以上，更佳的是約750℃以上，最佳的是約800℃以上。較佳的是磨輪的熱壓壓力低于約4噸/平方英吋，更佳的是低于約3.5噸/平方英吋，最佳的是低于約3噸/平方英吋。
本發(fā)明還包括一種使用本發(fā)明的磨具對玻璃進(jìn)行研磨的方法。該方法包括下述步驟用由金屬芯子和粘結(jié)在金屬芯子上的磨料組合物構(gòu)成的磨具來研磨一塊玻璃的邊緣。所述磨料組合物含有金剛石和金屬粘結(jié)料。金屬粘結(jié)料含有維克斯硬度約300～800kg/mm2的填料，在700℃以上的溫度下燒結(jié)粘結(jié)物至少約10分鐘后，該填料的維克斯硬度仍能保持在約300kg/mm2以上。
玻璃宜用平板玻璃，用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟悉的方法研磨此平板玻璃。其邊緣厚度宜約0.040～0.500英吋，更佳約0.040～0.320英吋，最佳約0.040～0.250英吋。對其玻璃邊緣研磨的線速度宜約3.5英吋/秒以上，更佳約4.5英吋/秒以上，最佳約5.5英吋/秒以上。
為了使本領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明的實(shí)施，提供了下述一些實(shí)施例，但這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明，而不對本發(fā)明起限定作用。關(guān)于此一領(lǐng)域中的另一些背景資料可參見此處參考引用的文獻(xiàn)和專利。
實(shí)施例1制造了大小為10.040×0.620×7.530(英吋)用于玻璃磨邊的金屬粘結(jié)金剛石磨輪。通過供應(yīng)商購得商品化的T15鋼粉。用美國30/40目篩將T15鋼粉過篩，除去鋼粉中的小片塊。然后在氫和氮的控制氣氛中將T15鋼粉在200℃的爐中還原6小時(shí)。再將T15鋼粉與表1中所示的其它成份混合。
表1成 份 重量(克)T15鋼粉(30～80微米) 114.0TiH2(1～3微米)31.1WC(3.5～3.8微米) 40.7銀粉(1微米)87.7銅粉(30微米) 33.9然后將粘結(jié)混合料用美國16/18目篩過篩，將團(tuán)聚物破碎。再將粘結(jié)料與磨料粒度為180的金剛石磨料16.5克混合，在Bachofen公司生產(chǎn)的Turbula Orbital混合器中摻混約5分鐘。
用去油液將模具和鋼芯上的污垢和油污除去，以避免它們影響鋼芯與磨料組合物間的粘結(jié)。模具和鋼芯干燥以后，將磨料組合物(金剛石和金屬粘結(jié)料的混合物)傾入模腔中并刮平。將一鋼環(huán)放置在模腔頂部，預(yù)先施加3噸的壓力。再將模具組件置入熱壓機(jī)中，施加5噸的壓力。然后將熱壓溫度升至820℃。當(dāng)模具溫度達(dá)到770℃時(shí)，隨著溫度繼續(xù)升高，逐漸升壓直至達(dá)到28噸的熱壓最后壓力。
然后令模具組件在大氣中冷卻至室溫。將組件拆開，把磨輪切削加工成其成品尺寸。這些加工包括切削其側(cè)面、車削其內(nèi)徑、車削和研磨其外徑以及研磨出一給定半徑和深度的溝模供磨邊之用。
實(shí)施例2將按實(shí)施例1中所述方法制成的試驗(yàn)?zāi)ポ喤c伊利諾伊州芝加哥市Universal超級磨料公司生產(chǎn)的含合金鋼的Zurite-X10LTM磨輪進(jìn)行了比較。對實(shí)施例1中所述的磨輪和對比用磨輪進(jìn)行的試驗(yàn)均在得克薩斯州休斯敦市的Sun模具公司生產(chǎn)的玻璃磨邊機(jī)上進(jìn)行。使用的磨輪直徑為10英吋。其結(jié)果如表2所示。
表2磨 輪修整前的磨輪壽命(英吋) 線速度(英吋/秒)T15鋼 383,000 4.1低合金鋼 270,000 3.5本實(shí)施例顯示，T15鋼使磨輪壽命和磨削效率均有提高。
實(shí)施例3將按實(shí)施例1中所述方法制成的試驗(yàn)?zāi)ポ喤c伊利諾伊州芝加哥市Universal超級磨料公司生產(chǎn)的、含合金鋼的Zurite-X10LTM磨輪進(jìn)行了比較。對實(shí)施例1中所述磨輪和對比用磨輪進(jìn)行的試驗(yàn)均在德國Technoglass公司生產(chǎn)的玻璃磨邊機(jī)上進(jìn)行。使用的磨輪直徑為10英吋。其結(jié)果如表3所示。
表3磨輪磨輪總壽命(英吋)線速度(英吋/秒)T15鋼 2,376,0008.2～9.5合金鋼 1,584,0008.2～9.5本實(shí)施例顯示，在磨削效率相同的條件下，T15鋼提高了磨輪的總壽命。
應(yīng)該明白，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可在不偏離本發(fā)明范圍和實(shí)質(zhì)的情況下對本發(fā)明進(jìn)行各種變換是顯而易見的和容易做到的。因此，不應(yīng)將所附的權(quán)利要求書范圍局限于上述描述，而應(yīng)將權(quán)利要求書解釋為包含存在于本發(fā)明中的所有具有專利新穎性的特征，包括本領(lǐng)域技術(shù)人員可視為與本發(fā)明特征等價(jià)的一切特征。
權(quán)利要求
1.一種磨具，包括金屬芯；粘結(jié)在金屬芯上的含金剛石和金屬粘結(jié)料的磨料組合物，該金屬粘結(jié)料含有一種填料，其特征在于，粘結(jié)料經(jīng)700℃以上的溫度燒結(jié)至少約10分鐘后，其中填料的硬度保持在約300kg/mm2以上。
2.如權(quán)利要求1所述的磨具，其特征在于，粘結(jié)料燒結(jié)之前其填料的維克斯硬度為約300～800kg/mm2。
3.如權(quán)利要求1所述的磨具，其特征在于，金屬芯子是鋼。
4.如權(quán)利要求1所述的磨具，其特征在于，磨料組合物包含約5～50％(體積)的金剛石和約50～95％(體積)的金屬粘結(jié)料。
5.如權(quán)利要求1所述的磨具，其特征在于，填料是鋼。
6.如權(quán)利要求5所述的磨具，其特征在于，鋼質(zhì)填料用的是T-15鋼。
7.如權(quán)利要求1所述的磨具，其特征在于，粘結(jié)料經(jīng)750℃以上的溫度燒結(jié)至少約10分鐘后，其中填料的硬度保持在約300kg/mm2以上。
8.如權(quán)利要求7所述的磨具，其特征在于，粘結(jié)料經(jīng)800℃以上的溫度燒結(jié)至少約10分鐘后，其中填料的硬度保持在約300kg/mm2以上。
9.一種包含填料的粘結(jié)料，其特征在于，粘結(jié)料經(jīng)700℃以上的溫度燒結(jié)至少約10分鐘后，填料硬度保持在300kg/mm2以上。
10.如權(quán)利要求9所述的粘結(jié)料，其特征在于，粘結(jié)料燒結(jié)之前其填料的維克斯硬度為約300～800kg/mm2。
11.如權(quán)利要求9所述的粘結(jié)料，其特征在于，填料是鋼。
12.如權(quán)利要求11所述的粘結(jié)料，其特征在于，鋼質(zhì)填料用的是T-15鋼。
13.如權(quán)利要求9所述的粘結(jié)料，其特征在于，粘結(jié)料經(jīng)750℃以上的溫度燒結(jié)至少約10分鐘后，其中填料的硬度保持在約300kg/mm2以上。
14.如權(quán)利要求13所述的粘結(jié)料，其特征在于，粘結(jié)料經(jīng)800℃以上的溫度燒結(jié)至少約10分鐘后，其中填料的硬度保持在約300kg/mm2以上。
15.一種研磨玻璃的方法，包括下述步驟用一種由金屬芯子和粘結(jié)在金屬芯子上的磨料組合物構(gòu)成的磨具研磨玻璃的邊緣，該磨料組合物包含有金剛石和金屬粘結(jié)料，金屬粘結(jié)料中含有一種填料，其特征在于，該粘結(jié)料經(jīng)700℃以上的溫度燒結(jié)至少約10分鐘后，其中填料的維克斯硬度保持在約300kg/mm2以上。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，粘結(jié)料燒結(jié)之前其填料的維克斯硬度為約300～800kg/mm2。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述玻璃是平板玻璃。
18.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，以約3.5英吋/秒以上的線速度研磨玻璃的邊緣。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述玻璃的邊緣厚度為約0.040～0.500英吋。
全文摘要
本發(fā)明是一種含有維克斯硬度約為300～800kg/mm
文檔編號B24B9/10GK1135195SQ9419350
公開日1996年11月6日 申請日期1994年9月23日 優(yōu)先權(quán)日1993年9月29日
發(fā)明者拉馬納特·斯里尼瓦桑, 威廉·H·威利斯頓 申請人:諾頓公司